DE102006006379B4 - Use of a device for uniform distribution of substances - Google Patents

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Abstract

Verwendung einer Vorrichtung, bestehend aus über einen zentralen Hohlkörper miteinander verbundenen Hohlkörpern, deren Mittellinien die Form einer Evolvente beschreiben, zur gleichmäßigen Verteilung von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen oder Stoffgemischen in einem Wirbelbettreaktor.Use of a device consisting of interconnected via a central hollow body hollow bodies whose center lines describe the shape of an involute, for the uniform distribution of liquid and / or gaseous substances or mixtures in a fluidized bed reactor.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung, bestehend aus über einen zentralen Hohlkörper miteinander verbundenen Hohlkörpern, deren Mittellinie die Form einer Evolvente beschreiben, zur gleichmäßigen Verteilung von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen oder Stoffgemischen.The The invention relates to the use of a device consisting of a central hollow body interconnected hollow bodies whose Center line describe the shape of an involute, for even distribution of liquid and / or gaseous Substances or mixtures of substances.

Das Erfordernis einer gleichmäßigen Aufgabe von Stoffen mit verschiedenen Aggregatzuständen in andern Stoffen ist in der Technik eine häufige Aufgabenstellung. Insbesondere bei Mehrphasen-Oxidationsreaktionen im Wirbelbett ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung des zu oxidierenden Stoffes im Reduktionsgas von größter Wichtigkeit. Eine inhomogene Verteilung führt in Wirbelbettreaktoren zu örtlichen Über- bzw. Unteroxidationsreaktionen, was niedrigere Ausbeuten zur Folge hat. Im Extremfall können diese Inhomogenitäten des Reaktionsgases zu lokalen Überhitzungen bis hin zu Explosionen im Reaktor führen.The Requirement of a uniform task of substances with different states of aggregation in other substances in the art a common task. Especially in multiphase oxidation reactions in the fluidized bed is one possible even distribution Of the substance to be oxidized in the reducing gas of the utmost importance. A inhomogeneous distribution leads in fluidized bed reactors to local over or Suboxidation reactions, resulting in lower yields. In extreme cases can these inhomogeneities of the reaction gas to local overheating leading to explosions in the reactor.

Beispielhaft für Mehrphasen-Oxidationsreaktionen im Wirbelbett seien hier die Herstellung von Acrylnitril und Maleinsäureanhydrid genannt. In beiden Fällen dient Luft als Reaktionsgas. Die aufgegebene Luft erzeugt zusammen mit dem im Reaktor befindlichen Katalysator ein Wirbelbett. In diese Wirbelbett werden die zu oxidierenden Stoffe mit Hilfe von Verteilern aufgegeben. Im falle von Acrylnitril sind dies Propylen und/oder Propan und Ammoniak, bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid ist es Butan.exemplary for multiphase oxidation reactions in the fluidized bed here are the production of acrylonitrile and maleic anhydride called. In both cases Air serves as a reaction gas. The abandoned air creates together with the catalyst in the reactor, a fluidized bed. In these Fluidized bed are the substances to be oxidized by means of distributors given up. In the case of acrylonitrile, these are propylene and / or Propane and ammonia, in the production of maleic anhydride it is butane.

Ebenfalls in einem Wirbelbett erfolgt die Umsetzung von Harnstoff zu Melamin. Auch hier wir mit Hilfe eines Gases und eines Katalysators in einem Reaktor ein Wirbelbett erzeugt, in das der flüssige Harnstoff eingedüst wird. Anders als bei den beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril und Maleinsäureanhydrid wird der Harnstoff nicht mit Luft oxidiert, sondern er reagiert mit Hilfe des Katalysators zu Isocyansäure und Ammoniak. In einem zweiten Schritt reagiert die gebildete Isocyansäure zu Melamin und Kohlendioxid. Eine unzureichende Verteilung führt in diesem System ebenfalls zu geringeren Ausbeuten.Also In a fluidized bed, the conversion of urea to melamine takes place. Again, we with the help of a gas and a catalyst in a reactor generates a fluidized bed, in which the liquid urea is injected. Unlike the described method for the production of acrylonitrile and maleic anhydride The urea is not oxidized with air, but it reacts with the help of the catalyst to isocyanic acid and ammonia. In a second Step, the formed isocyanic acid reacts to melamine and carbon dioxide. An insufficient distribution leads in this system also to lower yields.

Zur Verteilung von gasförmigen und flüssigen Stoffen in andern gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffen, sind dem Fachmann eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt.to Distribution of gaseous and liquid Substances in other gaseous, liquid or solids, are the skilled person a variety of devices known.

In der Veröffentlichung „Fluidization Engineering”, Second Edition von Daizo Kunii und Octave Levenspiel aus dem Jahre 1991 ist auf Seite 98 in Bild 4 eine typische Vorrichtung zur Verteilung eines Gases in einem Wirbelbettreaktor dargestellt. Von einem Zentralrohr gehen mehrere Rohre, die mit Austrittsöffnungen für das zu verteilende Gas versehen sind, horizontal in beide Richtungen ab. Dabei besitzen die abgehenden Rohre unterschiedliche Längen, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung über den zylindrischen Querschnitt des Wirbelbettreaktors zu erreichen. Ein derartiger Verteiler ist in 1 schematisch dargestellt. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass die abgehenden Rohre unterschiedliche Längen aufweisen, wodurch es beim Durchströmen des Verteilersystems mit Gas zu unterschiedlichen Druckverlusten in den einzelnen Rohrabschnitten kommt, die einer gleichmäßigen Gasverteilung über das Gesamtsystem entgegenstehen.In the publication "Fluidization Engineering", Second Edition by Daizo Kunii and Octave Levenspiel from the year 1991 on page 98 in Figure 4 a typical device for the distribution of a gas in a fluidized bed reactor is shown. From a central pipe several pipes, which are provided with outlet openings for the gas to be distributed, go horizontally in both directions. The outgoing tubes have different lengths in order to achieve a uniform distribution over the cylindrical cross section of the fluidized bed reactor. Such a distributor is in 1 shown schematically. A disadvantage of this device is that the outgoing pipes have different lengths, whereby it comes when passing through the distribution system with gas to different pressure losses in the individual pipe sections, which preclude a uniform gas distribution over the entire system.

Ein weiterer gebräuchlicher Verteilertyp ist schematisch in 2 dargestellt. Bei diesem Typ gehen von einem Zentralrohr mehrere gleichlange Rohre radial sternförmig ab, die sich auf einer Ebene befinden und untereinander in Bezug auf das Zentralrohr den gleichen Winkel besitzen. Die abgehenden Rohre sind mit Austrittsöffnungen für das zu verteilende Gas versehen. Zwar herrscht in diesem Verteiler, im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten, aufgrund der gleichmäßigen Längen der abgehenden Rohre bei der Durchströmung mit Gas ein gleichmäßiger Druckverlust. Nachteilig ist jedoch, dass der Abstand der Rohre zueinander mit zunehmender Entfernung vom Zentralrohr immer größer wird, was insbesondere ein einem zylindrischen Behälter dazu führt, dass die Querschnittsfläche, die von einem abgehenden Rohr mit Gas beaufschlagt werden soll, mit zunehmendem Abstand vom Zentralrohr immer größer wird, was eine gleichmäßige Gasverteilung über den Querschnitt des Behälters unmöglich macht.Another common type of distributor is shown schematically in FIG 2 shown. In this type go from a central tube several equal-length tubes from radially star-shaped, which are located on a plane and each other with respect to the central tube have the same angle. The outgoing pipes are provided with outlet openings for the gas to be distributed. Although prevails in this distributor, unlike that in 1 shown, due to the uniform lengths of the outgoing pipes in the flow with gas, a uniform pressure drop. The disadvantage, however, that the distance between the tubes to each other with increasing distance from the central tube is getting larger, which in particular leads to a cylindrical container that the cross-sectional area, which is to be acted upon by an outgoing tube with gas, with increasing distance from the central tube ever larger becomes, which makes a uniform gas distribution over the cross section of the container impossible.

Aus der EP 0 484 534 A1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines katalytischen Verfahrens in einer körnigen in einem zylindrischen mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung versehenen Gehäuse befindlichen Schicht bekannt. In dem Gehäuse sind ein erster äußerer und ein zweiter innerer perforierter Hohlzylinder derart konzentrisch angeordnet, dass zwischen dem Außenmantel des ersten Hohlzylinders und dem Innenmantel des Gehäuses ein Ringraum und zwischen dem Innenmantel des ersten Hohlzylinders und dem Außenmantel des zweiten Hohlzylinders ein Ringraum besteht, wobei letzterer mit einem körnigen in Form eines Festbetts angeordneten Katalysator ausgefüllt ist und in axialer Richtung durch zwei Trennwände begrenzt ist, von denen eine die Zone des zuzuleitenden Mediums und die andere die Zone des abzuleitenden Mediums abtrennt. In dem von den beiden Hohlzylinders gebildeten Ringraum sind aus flachem Blechmaterial bestehende Wände zur Ausbildung von koaxialen Kanälen angebracht, wobei in jedem beliebigen Querschnitt eines jeden Kanals der Mediumstrom eine vorgegebene Geschwindigkeit aufweist. Die die Kanäle bildenden durch die Hohlzylinder begrenzten Wände besitzen die Form einer Flachspirale, die um einen auf der Gehäuseachse liegenden Punkt verdreht ist.From the EP 0 484 534 A1 For example, a device for carrying out a catalytic process in a granular layer located in a cylindrical housing provided with an inlet and an outlet opening is known. In the housing, a first outer and a second inner perforated hollow cylinder are arranged concentrically such that between the outer shell of the first hollow cylinder and the inner shell of the housing, an annular space and between the inner shell of the first hollow cylinder and the outer shell of the second hollow cylinder, an annular space, the latter is filled with a granular arranged in the form of a fixed bed catalyst and is limited in the axial direction by two partitions, one of which separates the zone of the medium to be supplied and the other the zone of the medium to be derived. In the annulus formed by the two hollow cylinder existing walls are made of flat sheet material for the formation of coaxial channels, wherein in any cross section of each channel, the medium flow has a predetermined speed. The channels forming by the hollow cylinder limited walls have the shape of a flat spiral, which is rotated by a point lying on the housing axis point.

Gegenstand der DE 199 08 590 C1 ist ein Reaktor zur katalytischen Umsetzung eines Gasgemisches in einer als Festbett angeordneten Katalysatorschüttung. Der Reaktor besitzt zahlreiche in der Katalysatorschüttung angeordnete Rohre zum Hindurchleiten eines Heiz- oder Kühlfluids, deren Eintrittsöffnungen mit mindestens einer Eintrittskammer und deren Austrittsöffnungen mit mindestens einer Austrittskammer verbunden sind, von denen zwei bis fünfzig Verteilungskammern ausgehen, wobei mit jeder Verteilungskammer mindestens zwanzig senkrecht zu den Verteilungskammern angeordnete Rohre mit ihrer Eintritts- oder Austrittsöffnung verbunden und die Verteilungskammern als gekrümmte Kanäle, deren Mittellinie die Form einer Evolvente hat, ausgebildet sind.Subject of the DE 199 08 590 C1 is a reactor for the catalytic conversion of a gas mixture in a catalyst bed arranged as a fixed bed. The reactor has numerous tubes arranged in the catalyst bed for passing a heating or cooling fluid whose inlet openings are connected to at least one inlet chamber and whose outlet openings are connected to at least one outlet chamber, from which two to fifty distribution chambers emanate, with each distribution chamber at least twenty perpendicular to the Distributed chambers arranged pipes connected to its inlet or outlet opening and the distribution chambers as curved channels whose center line has the shape of an involute, are formed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen oder Stoffgemischen in einem Wirbelbettreaktor bereitzustellen.task It is the object of the present invention to provide a device for uniform distribution of liquid and / or gaseous To provide substances or mixtures in a fluidized bed reactor.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer Vorrichtung gelöst, die aus mehreren mit Austrittsöffnungen versehenen, über einen zentralen Hohlkörper miteinander verbundenen Hohlkörpern, deren Mittellinien die Form einer Evolvente beschreiben, besteht.According to the invention this Task solved by the use of a device that from several with outlet openings provided over one central hollow body interconnected hollow bodies, whose centerlines describe the shape of an involute.

Vorzugsweise wird diese Vorrichtung für einen Wirbelbettreaktor verwendet, in dem Acrylnitril, Maleinsäureanhydrit oder Melamin hergestellt wird.Preferably This device is for uses a fluidized bed reactor in which acrylonitrile, maleic anhydrite or melamine is produced.

Mathematisch kann die Kreisevolvente durch folgende bekannte Gleichung beschrieben werden: S = 0,5·r·x2 Mathematically, the circle involute can be described by the following known equation: S = 0.5 × r × 2

Dabei bedeuten:

S
= Bogenlänge der Evolvente;
x
= Drehwinkel im Bogenmaß;
r
= Radius der Evolvente.
Where:
S
= Arc length of the involute;
x
= Rotation angle in radians;
r
= Radius of the involute.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die von dem zentralen Hohlkörper ausgehenden Verteilerhohlkörper, deren Mittellinien die Form einer Evolvente beschreiben, die gleiche Länge und untereinander den gleichen Abstand besitzen. Die gleiche Länge der Verteiler führt dazu, dass der Druckverlust in allen Hohlkörpern beim Durchströmen eines Stoffes annähernd gleich ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der zu verteilende Stoff vom Zentralhohlkörper auf alle Verteilerhohlkörper gleichmäßig verteilt wird. Der gleichbleibende Abstand der Verteilerhohlkörper ermöglicht dann wiederum eine gleichmäßige Verteilung des Stoffes über die gesamte Querschnittsfläche eines zylindrischen Behälters.Of the particular advantage of the present invention is that the from the central hollow body outgoing manifold hollow body, whose centerlines describe the shape of an involute, the same Length and have the same distance from each other. The same length of Distributor causes that the pressure loss in all hollow bodies when flowing through a Approximate substance is equal to. This ensures that the substance to be distributed is evenly distributed from the central hollow body to all distribution hollow bodies becomes. The constant distance of the distributor hollow body then allows again a uniform distribution of the substance over the entire cross-sectional area a cylindrical container.

Vorzugsweise werden Rohre sowohl für den zentralen Hohlkörper als auch für die Verteilerhohlkörper verwendet.Preferably be tubes for both the central hollow body as well as for the distribution hollow body used.

In 3 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung dargestellt. In der Apparatur 1 befindet sich das Verteilersystem, das in der Mitte einen zentralen Hohlkörper 5 besitzt, an dessen Ende sich mehrere Hohlkörper 6 befinden, die die Form einer Evolvente beschreiben. Auf den Hohlkörpern 6 befinden sich Öffnungen 4, aus denen der zu verteilende Stoff austritt.In 3 an embodiment of the device used in the invention is shown. In the apparatus 1 there is the distribution system, in the middle of a central hollow body 5 has, at the end of which several hollow bodies 6 which describe the shape of an involute. On the hollow bodies 6 there are openings 4 from which the substance to be distributed emerges.

11
Apparaturapparatus
22
Zentralrohrcentral tube
33
Verteilerrohremanifolds
44
Austrittsöffnungenoutlet openings
55
Zentraler Hohlkörpercentral hollow body
66
Hohlkörperhollow body
77
Unterstützungsupport

Claims (2)

Verwendung einer Vorrichtung, bestehend aus über einen zentralen Hohlkörper miteinander verbundenen Hohlkörpern, deren Mittellinien die Form einer Evolvente beschreiben, zur gleichmäßigen Verteilung von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen oder Stoffgemischen in einem Wirbelbettreaktor.Use of a device consisting of one central hollow body interconnected hollow bodies, whose center lines describe the shape of an involute, for even distribution of liquid and / or gaseous Substances or mixtures of substances in a fluidized bed reactor. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 für die Herstellung von Acrylnitril, Maleinsäureanhydrid oder Melamin in einem Wirbelbettreaktor.Use of a device according to claim 1 for the production of acrylonitrile, maleic anhydride or melamine in a fluidized bed reactor.
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